编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
! C2 z/ ?3 D% g0 c0 g

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）
( O/ F9 x5 K8 s$ ?9 h

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等
* k4 F7 P, s7 P, `' z8 V  h& l

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

% X! u' N" f) ^6 U: K

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

1 e1 _" q8 Y3 S9 b1 [" j  t+ {- ?

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

3 S0 B; {% X8 @8 r7 n. _. U
; H* I$ F0 c1 I" W1 p1 @
" H+ e, a) e6 _$ z+ m

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

! W% J! o- C# I0 t
% P+ d) r4 _/ _9 `1 t5 k0 j

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

( d2 w  y' {1 e$ }7 U( k    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

0 u: R: z0 |# h' c& V    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
2 A1 f1 B) |" G$ L. n0 k+ v
: h; V) S3 I% L6 C. F    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：
( v/ r8 @7 h! V/ _' p5 j1 R1 o& v

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   3 }, w3 E7 ^! x1 L# B5 ^
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。
  A0 a: H) g1 o/ u, Q) }* z" |
   
) \$ k1 Z; h- x+ z

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   
2.    
   8 Y: w3 h( x  |' w# n% c& m
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   & V$ [5 ~9 @: h% g' L4 y
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   " n* d; G+ e% Y! |: E7 |+ K
2. .....
   $ d- Z9 Z: [& a- V3 t" k
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
     o* c0 z* Y/ o2 ~* I$ Z
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   9 A  y0 R0 u8 i# Q0 |& z
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    ) C# v# s  C3 d, R1 t2 N
11. recv(s,...);
    
12. }
    5 p- w+ a( A, O8 s
13. //do something here
    0 M( h4 o" {! t4 ]# P
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   7 ~  ?  C" t4 o! u0 p( ?  c
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   ) s7 G& R) ?$ h$ f1 |( c, G; _
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   / w$ k. H) ]% Z' ?
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   / Q, Z: Y2 Y4 \: n
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

- G; ^  x* l% Q$ H3 c

使用select函数的过程一般是：

! W8 G. o2 `  w) M3 X4 C    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   ( `% q4 g8 _6 p, m* H& r, A7 H
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   4 ]+ {  \1 Z9 v/ A8 z  P
5. #include <unistd.h>
   $ w8 s  N, u8 s' h
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    + N, R  k5 n% J. v3 Z
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    ) j; m, B) f/ `# C4 h' I
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    ( u# w" v6 F! x, q5 v( e: s
16. int main(){
    ! y  C: U. d5 m$ u; D* g) \
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    6 d3 w0 D) T; w. C# k4 y( |% j
20.    
    / F/ s5 a  Z, m! X
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ( p' \% |( _- G9 T9 W* R) M
23.   if(sockfd>=0)
    : K+ F8 C' I# o% c+ N9 m- A4 ]
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    & G5 C  Q" D; ?7 X- f( F
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    0 n4 j# s/ ?, N) V
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    6 b6 k" _, a2 F2 Y' s+ v
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    1 Y3 m: K% V; |
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    3 P+ R2 f/ y1 t  _- O( C3 L& d
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    " [. t6 N" B6 I: {
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    7 g) G) K5 L1 G* h  w" X
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    ( ^5 g- T  z% ~9 |  @! K
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    $ j% _/ m4 T, K. T( W
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    ' z9 j" H8 N/ k
46.    
    & y0 C1 b6 X$ m; `  q
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - S! F- Y& U0 {1 S9 ?, R
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    ' N4 V, T3 o4 D
51.     usleep(500000);
    ' ^9 ]* I2 x1 U2 E$ L. b5 u6 A
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   6 y! H7 M2 P+ P1 v% G# u  r' m6 ?" O
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    . z1 K2 h5 r. }8 C, b
13. 
    " N) ?7 N% K8 d* P) E& t' K& u8 h
14. int main(){
    . h% q; a0 |/ P7 q( X- s  a6 v
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    $ {, H) D* p4 Y
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    3 H6 Y8 k2 `2 v# R& l3 Z6 H( f6 u
18.   char msgbuffer[256];
    # g* L9 U9 M3 A8 _" j- b5 P3 e
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    ! j- j& ]; ?8 U( U1 I. j
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    ! w' Q3 @2 L! }& C' F
24.   if(sockfd>=0)
    . U& m% ^* B" n4 O6 I& Z9 W+ v
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    + t8 a. x# I' }/ c
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    ( _& d) X$ Q. B6 }. R% v. [
37.   //开启端口监听
    1 j5 |+ K; v0 W# M& t
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    % k$ u  C7 G2 l6 x) S6 j. F
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    7 S$ F% `2 |' ~4 `' D3 j$ N
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    2 A& L- [6 u% @6 s6 [. f
47.     FD_ZERO(&fds);
    2 ^3 N- [) `$ D
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    & |! ]3 T$ c4 p# O; s% A1 ?, p
52.       if(is_connected[fd])
    8 p' d, A* }# @" V, L
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    1 l) V" _% p' M5 e; u
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    2 s: O. T( F% E  a) I% d
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    / p' C' V5 y2 s; q1 ]) Z
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    , s' Q5 R9 H; U2 F$ N! b2 O
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    $ x/ X" {! i6 j: h1 W! r
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    4 @4 v% @$ v$ l. }3 F5 i
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    & k7 w) |  P5 a7 v. `9 x9 z7 F
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    9 M% {* l9 j1 X( y7 @- s
73.              close(fd);
    3 u3 [1 g8 [# U5 Y% p8 a- `
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    / |6 {; ^0 J3 ^- M
77.       }
    8 n8 h3 Y7 w* ?. I
78.     }
    5 g" u0 M$ ?# t# i
79.   }
    
80. }

复制代码

3 C  l9 e  t% d( n% P

. F/ s) S+ _' h
( e- z0 @* X( B. F/ m, ^
1 Y' \& Z2 x+ ]- \' ?- w6 q